3.4 最適化節能軟體系統簡介
3.4.2 軟體介面及功能介紹
藉由『目前運轉狀況』頁面，如圖 3-23 所示，可以快速而清楚的瞭解 目前系統運轉狀態，包括目前冰水主機、冷卻水塔以及全系統（包括二次 泵浦）之耗能狀況、冰水主機及冷卻水塔之冷卻負載狀況、各冰水主機、
冷卻水塔以及全系統（包括二次泵浦）性能係數。使用者可以自由設定系 統畫面更新時間，基本上以超過 IH 資料庫更新時間-四十秒為原則。在中 央處理器配備為 PIII mobile CPU：1200Hz 之系統計算時間小於 1 秒。
在『使用者自訂參數』頁面中，如圖 3-24 所示，顯示目前系統時間以 及下一次需要進行最適化耗能配置演算的時間，並提供快速簡易的設定方 塊方便使用者設定各種系統狀態參數。包括有冰機系統設定、冷卻水系統 設定、泵浦系統設定、系統運轉頻率設定、重新計算條件設定等。
在『最適化組合』頁面中，如圖 3-25 所示，用於顯示目前所計算所得 之最佳運轉操作策略，上半部顯示有各種可能操作組合下擁有最少耗能之 系統配置與耗能預估值。設備操作員可以於本頁面下半部取得最佳操作策 略的實施方式。在中央處理器配備為 PIII mobile CPU：1200Hz 之系統計算 時間約 1 秒。在『原始數值資料』頁面中，如圖 3-26 所示，用於顯示目前 從資料庫所擷取得到最新的資料數值。在『耗能趨勢圖』頁面中，如圖 3-27 所示，有兩條曲線，用於即時顯示顯示目前系統耗能（Current Power Cost）
以及最佳配置下的耗能（Optimized Power Cost），可以方便系統管理員掌 握系統耗能趨勢，並提供系統確效之參考依據 。在『系統效能趨勢』頁面 中，如圖 3-28 所示，有兩條曲線，用於即時顯示顯示目前系統運轉效能
（Current_SCOP）以及最佳配置下的系統運轉效能（Optimized_ SCOP），
可以方便系統管理員掌握系統運轉效能趨勢，並提供系統確效之。
略 略
圖 3-24 『目前運轉狀況』頁面
略
略 略
圖 3-25 『使用者自訂參數』頁面
略 略
圖 3-26 『最適化組合』頁面
略
圖 3-27 『原始數值資料』頁面
圖 3-28 『耗能趨勢圖』頁面
圖 3-29 『耗能趨勢圖』
4 4.結果與討論
4.1 冰水主機效能模型建立
首先建立冰水主機效能模型，先進行第一步驟求取「預估標的」，即 冰水主機效能參數定義與計算。由熱力學得知，各台冰水主機效能（CCOP）
定義為各台冰水主機冷凍負載除以各台冰水主機耗電量。以某日所抓取到 的冰機即時運轉數據為例，經過上述計算，所得之冷卻負載、耗電量以及 CCOP 如表 4-1 所示。
利用 PLS 分析，如圖 4-1 所示，比較自變數為冰機部分負載、冷卻水 進口水溫(共兩個自變數)與其二次組合之模型準確率，發現利用二次組合 (共五個自變數)之模型準確率由 0.465 提升至 0.581。如圖 4-2 所示。進一 步的進行建模驗證分析，發現組別一，自變數為冰機部分負載、冷卻水進 口水溫與組別二，冰機部分負載、冷卻水進口水溫之二次組合的模型預測 準確率比較，可以很明顯的發現組別二的準確率要比組別一準確率高。表 4-2 為此兩組模型誤差率比較，其單位為百分比，紅色部分表示該組擁有 較佳的模型準確率。以某日所抓取到的冰機即時運轉數據如表 4-4 所示。
經過如下驗證計算：
((126,542,310.6 - 118,695,381.8 ) / 8,333,432.4 × 0.01 + (25.6-22.25) / 1.956
×(-0.49)+ (77.5-66.26)/7.3×0.45+(12,654,231.1-12527468.17)/650,801.1×0.86)
×4.879446516+ 75.31 = 75.47
所得之冰水主機部分負載預估值為 75.47，在此時利用即時運轉資料，
冰水出入水水溫差所計算出的實際負載率為 75.88，故誤差率為 0.6%。
接下來進行冰水主機冷卻水入水水溫模型驗證，在表 4-5 中為冰機冷 卻水入水水溫 PLS 模型，模型包括各自變參數：冰水主機部分負載、冷卻 水設定溫度、溫水系統負載、溫水出水水溫、濕球溫度、焓值之正規化參 數；應變參數：冰水主機冷卻水入水水溫之正規化參數以及模型參數：pls1
～pls6。以某日所抓取到的冰機即時運轉數據如表 4-6 所示。其中，冰水主 機部分負載代入的先前所預估出的部分負載率。經過如下驗證計算：
((75.47-76.9)/ 4.44 × (-0.24)+( 28.34-25.5)/ 2.16 × 0.48 + ( 2,464,438.2 -2,320,618.4) / 1,014,633.9 × 0.37 + (33.47-33.3) / 0.63×(-0.08) + ( 25.6 - 22.17 ) / 2.55 ×(-0.02) + ( 77.5-66.2) / 9.64 ×(-0.09)) ×0.59 + 31.1 = 31.46
所得之冰水主機冷卻水入水水溫預估值為 31.46，在此時即時冷卻水 模型參數：pls1～pls5。以某日所求取到的冰機運轉數據如表 4-8 所示。其 中，冰水主機部分負載以及冷卻水入水水溫帶入的先前所預估出的部分負 載率。經過如下驗證計算：
((31.46-27.15)/ 2.66×(-4.13)+ (75.47-75.31)/ 4.88×2.36 + (989.7316 -744.23) / 146.87×2.65 + (5,695.72-5,695.24) / 741.68×(-2.29) + ( 2374.29 -2047.25) / 261.15×0.86) × 0.43+6.09= 5.61 本例中組別 4030 代表開啟冰機為：2、3、4、5、6、8、9、10、11、
12，關閉冰機為：1、7。
((126,542,310.6 - 125,281,302.3) / 5,777,976.265 × 6,584,094,786,011 + (25.6 - 23.33) / 1.53×0.12 + (77.5 - 70.23) / 5.95 × (-0.03) + (12,654,231.06 -
12,528,130.23 ) / 577797.6265 × (-6,584,094,786,010 ) ) × 3.57 + 74.21 = 75.48
所得之冰水主機部分負載預估值為 75.48，在此時利用即時運轉資料，冰 水出入水水溫差所計算出的實際負載率為 75.88，故誤差率為 0.5%，較先 前所計算出誤差率為低。因此須進行冰水主機 CCOP 模型誤差判定與模型 修正，由先前討論得知，採用二次組合(共五個自變數)之模型準確率會比 單純採用兩個自變數之模型較高，就 PLS 建模的觀點而言，模型準確率越 接近 1 是代表準確率越高，且建議之數值希望能夠大於 0.7，故進一步的 分析發現，由於運轉的冰機與冰機之間會有交互作用，在不同的開機組合 下，冰機會有不同的運轉特性，所以可以區分不同的冰機開機組合進行建 模，以提高模型的準確度。表 4-10 為不同的開機組合下的冰機效能模型之 誤差率。紅色部分表示該組擁有較佳的模型準確率。依據上述分析，本技 術另行建構分組之冰機 CCOP 模型，分組誤差率低於不區分開機組合之 CCOP 模型誤差率，如圖 4-4 所示。套用分組之冰機 CCOP 模型經過如下 驗證計算：
((31.46-27.22)/ 1.59×(-7.35)+ (75.47-74.21)/ 3.57×6.48+(989.7316 -743.25) / 88.44×12.32 + (5,695.72-5,520.11) / 531.02×(-0.45) + ( 2,374.29 -2,022.85) / 187.41 × (-9.84)) × 0.315 + 6.04 = 5.54
所得之冰水主機 CCOP 預估值為 5.54，在此時利用即時運轉資料所計 算出之 CCOP 為 5.57，故誤差率：0.5%，較先前所計算出誤差率為低。
有了以上的準確度預估後，接下來就可將所擷取的運轉數據建立冰水主機 效能曲線圖，以下各圖(圖 4-5~圖 4-28)顯示各冰水主機於不同的部分負載 以及不同的冷卻水入水水溫下的效能分佈曲線以及各冰水主機效能模型 的預估概況，曲線求取是以非分組模型來建構。從各個效能曲線圖可以發 現到除了第一台冰機在不同溫度下的最佳效能點有比較大的變異以外，每 一台冰水主機之運轉效能模態大都是固定的。其中部分冰機的最佳效能點 似乎是位於滿載處，主要是由於參與建模資料之資料群聚分佈於一小部分 區間，致使外插預估資料不準確，才會產生如此的模態，待全年數據資料 收集齊備，便可以建構更為正確的冰水主機效能預估模型。
表 4-1 冷卻負載、耗電量以及 CCOP 之計算表 Tchr4 Tchs4 Fchw CLi
11.94 5.116 430.6 (11.94-5.116)×430.6×4.18×1000=12,282,572
V I (%) Poweri
4,160 78 4,160×(121×0.78)×(3^0.5)×0.9×3.6=2,203,327 CCOPi=CLi/Poweri
12,282,572/2,203,327=5.5746
表 4-2 模型誤差率比較表（不同種類自變數之比較）
118695382 22.2483924 66.26343 12527468.17 75.309171 stdx1 stdx2 stdx3 stdx4 stdy 8333432.4 1.95604616 7.303965 650801.057 4.8794465
pls1 pls2 pls3 pls4
0.01011188 -0.49088018 0.450027 0.864587528
表 4-4 冰機部分負載預估所需即時數據表
冰機總負載 濕球溫度 焓值 理想負載分配
TL TWB H TL/N
126542310.6 25.6 77.5 12654231.06
表 4-5 冰機冷卻水入水水溫 PLS 模型
部分負載 冷卻水溫設定 溫水系統負載 溫水出水水溫 濕球溫度 焓值 冷卻水入水溫
PLi TCTWS WLoad TWS TWB H TCTWSi
mx1 mx2 mx3 mx4 mx5 mx6 my
76.90984538 25.53766542 2320618.398 33.29774958 22.17171343 66.1897309 31.10759867 stdx1 stdx2 stdx3 stdx4 stdx5 stdx6 stdy 4.440926525 2.156302363 1014633.948 0.625794244 2.551805127 9.64053089 0.588291331
pls1 pls2 pls3 pls4 pls5 pls6 -0.24108426 0.479799241 0.36981663 -0.0827965 -0.02247352 -0.0881023
表 4-6 冰機冷卻水入水水溫預估所需即時數據表 部分負載 冷卻水溫設定溫水系統負載 溫水出水水溫 濕球溫度 焓值
PLi TCTWS WLoad TWS TWB H
75.47 28.3437 2464438.2 33.47 25.6 77.5
表 4-7 冰機 CCOP 模型
冷卻水入水溫 部分負載 冷卻水入水溫^2 部分負載^2
冷卻水入水 溫
×部分負載
性能係數
TCTWSi PLi TCTWSi^2 PLi^2 TCTWSi × PLi CCOP
mx1 mx2 mx3 mx4 mx5 my
27.15069757 75.30917145 744.2314365 5695.240884 2047.250484 6.092935805
stdx1 stdx2 stdx3 stdx4 stdx5 stdy
2.661350143 4.879446516 146.8735241 741.6849143 261.1527134 0.431977378
pls1 pls2 pls3 pls4 pls5
-4.130404605 2.358574214 2.652641838 -2.292127982 0.861747139
表 4-8 冰機 CCOP 預估所需數據表
冷卻水入水溫 部分負載 冷卻水入水溫^2 部分負載^2 冷卻水入水溫
×部分負載
TCTWSi PLi TCTWSi^2 PLi^2 TCTWSi × PLi
31.46 75.47 989.7316 5695.7209 2374.2862
表 4-9 冰機部分負載 PLS 模型(分組)
冰機總負載 濕球溫度 焓值 理想負載分配 部分負載
TL TWB H TL/N PLi
mx1 mx2 mx3 mx4 my
125281302.3 23.33280953 70.22624463 12528130.23 74.21223535
stdx1 stdx2 stdx3 stdx4 stdy
5777976.265 1.53471571 5.952455356 577797.6265 3.569622347
pls1 pls2 pls3 pls4
6.58409E+12 0.118624898 -0.032615521 -6.58409E+12
表 4-10 模型誤差率比較表（不同開機組合之比較）
圖 4-1 冰機 CCOP 模型準確率（PLS 分析，兩個自變數）
圖 4-2 冰機 CCOP 模型準確率（PLS 分析，五個自變數）
CH# 冰機總負載 濕球溫度 焓值 理想負載分配 部分負載
4 TL TWB H TL/N PLi
組別 mx1 mx2 mx3 mx4 my
0 118695381.8 22.24839238 66.26343482 12527468.17 75.30917145
誤差率 stdx1 stdx2 stdx3 stdx4 stdy
3.30% 8333432.405 1.956046158 7.30396497 650801.057 4.879446516
pls1 pls2 pls3 pls4
0.010111884 -0.490880183 0.450026885 0.864587528
不區分開機組合 不區分開機組合
CH# 冰機總負載 濕球溫度 焓值 理想負載分配 部分負載
4 TL TWB H TL/N PLi
組別 mx1 mx2 mx3 mx4 my
4030 125281302.3 23.33280953 70.22624463 12528130.23 74.21223535
誤差率 stdx1 stdx2 stdx3 stdx4 stdy
1.86% 5777976.265 1.53471571 5.952455356 577797.6265 3.569622347
pls1 pls2 pls3 pls4
6.58409E+12 0.118624898 -0.032615521 -6.58409E+12
區分開機組合 區分開機組合
CH# 冰機總負載 濕球溫度 焓值 理想負載分配 部分負載
4 TL TWB H TL/N PLi
組別 mx1 mx2 mx3 mx4 my
0 118695381.8 22.24839238 66.26343482 12527468.17 75.30917145
誤差率 stdx1 stdx2 stdx3 stdx4 stdy
3.30% 8333432.405 1.956046158 7.30396497 650801.057 4.879446516
pls1 pls2 pls3 pls4
0.010111884 -0.490880183 0.450026885 0.864587528
不區分開機組合 不區分開機組合
CH# 冰機總負載 濕球溫度 焓值 理想負載分配 部分負載
4 TL TWB H TL/N PLi
組別 mx1 mx2 mx3 mx4 my
4030 125281302.3 23.33280953 70.22624463 12528130.23 74.21223535
誤差率 stdx1 stdx2 stdx3 stdx4 stdy
1.86% 5777976.265 1.53471571 5.952455356 577797.6265 3.569622347
pls1 pls2 pls3 pls4
6.58409E+12 0.118624898 -0.032615521 -6.58409E+12
區分開機組合
0 27.15069757 75.30917145 744.2314365 5695.240884 2047.250484 6.092935805
誤差率 stdx1 stdx2 stdx3 stdx4 stdx5 stdy
3.39% 2.661350143 4.879446516 146.8735241 741.6849143 261.1527134 0.431977378
pls1 pls2 pls3 pls4 pls5
-4.130404605 2.358574214 2.652641838 -2.292127982 0.861747139
CH# 冷卻水入水溫 部分負載 冷卻水入水溫^2 部分負載^2 冷卻水入水
溫 性能係數
4 TCTWSi PLi TCTWSi^2 PLi^2 TCTWSi × PLi CCOP
組別 mx1 mx2 mx3 mx4 mx5 my
4030 27.2165751 74.21223535 743.2499842 5520.112561 2022.84541 6.043332588
誤差率 stdx1 stdx2 stdx3 stdx4 stdx5 stdy
2.04% 1.589015456 3.569622347 88.44495833 531.0172808 187.4108476 0.315167832
pls1 pls2 pls3 pls4 pls5
-7.353510835 6.483577282 12.31723037 -0.446573534 -9.841895369
不區分開機組合
不區分開機組合 區分開機組合區分開機組合
圖 4-4 不分組與分組之冰機 CCOP 模型比較
50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 5
5.5 6 6.5 7 7.5 8
冰機1
負載百分率
CCOP
20℃
22℃
24℃
26℃
28℃
30℃
圖 4-5 冰機 1 效能曲線圖
5 5.5 6 6.5 7 7.5 8
5 5.5 6 6.5 7 7.5 8
冰機1CCOP
實際值
預測值
圖 4-6 冰機 1 效能預估評估
50 55 60 65 70 75 80 85 90 95
50 55 60 65 70 75 80 85 90 95
50 55 60 65 70 75 80 85 90 95
50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 4
4.5 5 5.5 6 6.5 7
冰機5
負載百分率
CCOP
20℃
22℃
24℃
26℃
28℃
30℃
圖 4-13 冰機 5 效能曲線圖
5 5.5 6 6.5 7 7.5 8
5 5.5 6 6.5 7 7.5 8
冰機5CCOP
實際值
預測值
圖 4-14 冰機 5 效能預估評估
50 55 60 65 70 75 80 85 90 95
50 55 60 65 70 75 80 85 90 95
50 55 60 65 70 75 80 85 90 95
50 55 60 65 70 75 80 85 90 95
50 55 60 65 70 75 80 85 90 95
50 55 60 65 70 75 80 85 90 95
50 55 60 65 70 75 80 85 90 95
4.2 冷卻水塔耗能模型建立
在冷卻水塔的耗能模型建立方面，因為缺乏馬達的運轉電流的歷史資 料，故需先建立風扇運轉電流模型，一般而言馬達運轉電流直接與馬達運 轉頻率之二次方相關，在本技術為提高建模準確率採用馬達運轉頻率、馬 達運轉頻率^2、馬達運轉頻率^3 做為模型之自變數，經實際驗證 PLS 模型 準確率高達 96%以上，方均根誤差率皆低於 5%，如表 4-11 所示。
在表 4-12 中為分組風扇一運轉電流PLS模型，模型包括各自變參數：馬達 運轉頻率、馬達運轉頻率^2、馬達運轉頻率^3；應變參數：馬達運轉電流 之正規化參數以及模型參數：pls1～pls3。以某日風扇一運轉頻率數據如表 4-13 所示。經過如下驗證計算得到之運轉電流為 83.2 安培。
在表 4-12 中為分組風扇一運轉電流PLS模型，模型包括各自變參數：馬達 運轉頻率、馬達運轉頻率^2、馬達運轉頻率^3；應變參數：馬達運轉電流 之正規化參數以及模型參數：pls1～pls3。以某日風扇一運轉頻率數據如表 4-13 所示。經過如下驗證計算得到之運轉電流為 83.2 安培。